पृथ्वी का तापीय विकास

अपने गर्म निर्माण के बाद से पृथ्वी ने आंतरिक गर्मी को संवहन द्वारा ठंडा किया है, एक लंबा तापीय इतिहास जो प्लेट टेक्टोनिक्स के धीमा होने, आंतरिक कोर के विकास और चुंबकीय क्षेत्र की दीर्घायु को नियंत्रित करता है।

Definition

पृथ्वी का तापीय विकास भूवैज्ञानिक समय के साथ इसके आंतरिक भाग के तापमान और ऊष्मा सामग्री में धर्मनिरपेक्ष परिवर्तन है, जो आंतरिक ऊष्मा उत्पादन और संवहन ऊष्मा हानि के बीच प्रतिस्पर्धा द्वारा निर्धारित होता है, जो मेंटल संवहन, कोर शीतलन और चुंबकीय क्षेत्र के इतिहास को नियंत्रित करता है।

Scope

यह विषय पृथ्वी के दीर्घकालिक तापीय इतिहास को शामिल करता है: रेडियोधर्मिता और आदिम स्रोतों द्वारा उत्पन्न गर्मी और सतह पर खोई हुई गर्मी के बीच संतुलन, मेंटल तापमान और संवहन शक्ति कैसे विकसित होती है, इसके पैरामीटराइज़्ड मॉडल, और कोर का ठंडा होना जो आंतरिक-कोर के विकास और भू-गत्यात्मकता (geodynamo) को संचालित करता है। यह इस बाधा पर विचार करता है कि संवहन ऊष्मा हानि मेंटल की श्यानता (viscosity) और इसलिए तापमान पर निर्भर करती है, मेंटल और कोर का तापीय युग्मन, और ग्रह के विवर्तनिक (tectonic) और चुंबकीय इतिहास के लिए इसके निहितार्थ। जोर इस बात पर है कि अरबों वर्षों में पृथ्वी की आंतरिक गर्मी कैसे बदली है।

Core questions

• पृथ्वी के इतिहास में ऊष्मा उत्पादन और हानि का संतुलन कैसे बदला है?
• तापमान-निर्भर श्यानता मेंटल के शीतलन को कैसे नियंत्रित करती है?
• कोर शीतलन आंतरिक-कोर के विकास और भू-गत्यात्मकता को कैसे संचालित करता है?
• तापीय विकास प्लेट टेक्टोनिक्स के इतिहास के लिए क्या निहितार्थ रखता है?

Key concepts

• धर्मनिरपेक्ष शीतलन और पृथ्वी का ऊष्मा संतुलन
• पैरामीटराइज़्ड संवहन मॉडल
• तापमान-निर्भर श्यानता और स्व-नियमन
• कोर शीतलन और आंतरिक-कोर का विकास
• प्लेट टेक्टोनिक्स का तापीय इतिहास

Key theories

पैरामीटराइज़्ड संवहन शीतलन

क्योंकि संवहन ऊष्मा हानि श्यानता की तापमान निर्भरता के माध्यम से मेंटल तापमान के साथ बढ़ती है, मेंटल स्व-नियमित होता है: एक गर्म प्रारंभिक मेंटल अधिक तेज़ी से संवहन करता और ठंडा होता था, इसलिए मॉडल ग्रह के शीतलन इतिहास को ट्रैक करने के लिए रेले संख्या (Rayleigh number) के विरुद्ध ऊष्मा प्रवाह को पैरामीटराइज़ करते हैं।

कोर शीतलन और भू-गत्यात्मकता

जैसे ही मेंटल कोर से गर्मी निकालता है, कोर ठंडा होता है और आंतरिक कोर क्रिस्टलीकृत होता है, जिससे गुप्त और गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा निकलती है जो भू-गत्यात्मकता को शक्ति देने में मदद करती है; आंतरिक-कोर नाभिकीयकरण (nucleation) का समय क्षेत्र के लंबे इतिहास पर एक महत्वपूर्ण बाधा है।

Mechanisms

पृथ्वी अभिवृद्धि (accretion) और कोर निर्माण से गर्म शुरू हुई और तब से रेडियोधर्मिता द्वारा आपूर्ति की तुलना में तेजी से गर्मी खो चुकी है, इसलिए यह धीरे-धीरे ठंडा हो रही है; क्योंकि बढ़ते तापमान के साथ मेंटल की श्यानता गिरती है, एक गर्म मेंटल अधिक जोरदार ढंग से संवहन करता है और अधिक तेज़ी से ठंडा होता है, जो शीतलन को सुचारू करने वाली नकारात्मक प्रतिक्रिया प्रदान करता है, जबकि कोर से खींची गई गर्मी इसका तापमान कम करती है, आंतरिक कोर को जमा देती है, और चुंबकीय क्षेत्र को संचालित करने वाले संवहन को बनाए रखती है।

Clinical relevance

तापीय विकास पृथ्वी के ऊर्जा बजट को प्लेट टेक्टोनिक्स, ज्वालामुखी और चुंबकीय क्षेत्र के इतिहास और भविष्य से जोड़ता है, शुक्र और मंगल के भिन्न इतिहासों के साथ तुलना को फ्रेम करता है, और दीर्घकालिक ग्रहीय वासयोग्यता (habitability) पर असर डालता है।

History

केल्विन की शीतलन गणना ने पृथ्वी के लिए एक प्रसिद्ध रूप से कम आयु दी थी, इससे पहले कि रेडियोधर्मिता को आंतरिक गर्मी की आपूर्ति के लिए जाना जाता था; बीसवीं सदी के अंत से आधुनिक पैरामीटराइज़्ड संवहन मॉडल, आंतरिक-कोर के विकास और कोर ऊर्जावानों पर बाधाओं के साथ, एक स्व-नियामक, धीरे-धीरे ठंडा होने वाले ग्रह की वर्तमान तस्वीर स्थापित की।

Debates

आंतरिक कोर की आयु और कोर तापीय बजट

कोर की उच्च तापीय चालकता के संशोधित अनुमानों का अर्थ है तेजी से ऊष्मा हानि और एक भूवैज्ञानिक रूप से युवा आंतरिक कोर, यह सवाल उठाते हुए कि आंतरिक-कोर नाभिकीयकरण से पहले भू-गत्यात्मकता को कैसे शक्ति मिली थी और एक बेसल मैग्मा महासागर या वैकल्पिक संरचनात्मक ऊर्जा स्रोतों जैसे प्रस्तावों को प्रेरित किया।

Key figures

• William Thomson (Lord Kelvin)
• Geoffrey Davies
• Stéphane Labrosse

Seminal works

• schubert2001
• jaupart2011
• labrosse2007

Frequently asked questions

क्या पृथ्वी ठंडी हो रही है?

हाँ, अरबों वर्षों से पृथ्वी धीरे-धीरे अपनी रेडियोधर्मिता द्वारा उत्पादित गर्मी से अधिक गर्मी खो रही है, इसलिए इसका आंतरिक भाग धीरे-धीरे ठंडा हो रहा है; यह शीतलन आंतरिक कोर के जमने को संचालित करता है और बहुत दूर के भविष्य में, संवहन को कमजोर कर देगा जो प्लेट टेक्टोनिक्स और चुंबकीय क्षेत्र को शक्ति देता है।

पृथ्वी का शीतलन उसके चुंबकीय क्षेत्र से कैसे संबंधित है?

कोर का शीतलन आंतरिक कोर को क्रिस्टलीकृत होने देता है, जिससे गर्मी और हल्के तत्व निकलते हैं जो तरल बाहरी कोर को हिलाते हैं; यह संवहन ही है जो भू-गत्यात्मकता को बनाए रखता है, इसलिए ग्रह का तापीय विकास चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति और अस्तित्व से निकटता से जुड़ा हुआ है।